访电力系统建模研究专家鞠平教授

◎记者：电力负荷具有时变性、随机性、分布性、多样性、非连续性等特点，电力负荷建模是电力系统建模的难点之一，请您为我们介绍一下这方面的进展。

鞠教授：不同的电力系统稳定问题，负荷的影响是不一样的。即使对于相同的电力系统稳定问题，负荷模型究竟是“乐观”还是“保守”可能与运行状态有关。所以必须建立“实际”的负荷模型，这里的“实际”是指：负荷模型必须反映负荷的实际情况，既不“保守”也不“乐观”。

几十年来，人们提出了多种负荷模型：(1)静态负荷模型，常用的有多项式和幂函数模型，另外还有在这2种模型基础上的变形或组合;(2)物理动态负荷模型，主要是静态负荷加感应电动机的综合负荷模型，又分为直接和间接考虑配电网2种，对于感应电动机采用三阶模型就能很好地反映感应电动机的性能;(3)非物理动态负荷模型，包括线性动态模型、非线性动态模型和人工神经网络模型等。往往要根据应用者关心的主要方面，选择一种合适的负荷模型。

电力负荷建模方法可以归纳为统计综合法、总体测辨法和故障仿真法。我认为，总体测辨法比较适合于微观定量，统计综合法比较适合于中观定性，故障仿真法比较适合于宏观校验。

在负荷参数辨识研究中人们常常发现：即使同一试验，负荷参数有时变化较大，但不同参数模型的动态响应却相差不大，而且与实测的结果也吻合甚好。这证明该模型能够描绘负荷动态行为，但可能不唯一。人们在根据测量数据进行参数辨识的过程中自然很关心能否成功地辨识出来，当模型本身的结构决定了参数不能唯一地辨识出来，则仅通过测量数据来辨识参数多半是不会成功的。因此，电力负荷模型的可辨识性问题应该得到深入的研究和广泛的重视。

电力负荷辨识方法大体可以分为线性和非线性2大类。线性类方法包括最小二乘估计、卡尔曼滤波等方法，对于参数线性模型通常是行之有效的。但对于参数非线性模型，容易产生不准确及收敛性等问题。非线性模型的参数辨识方法目前大都以优化为基础。优化搜索方法从其原理上来说，大体有3种，即梯度类方法、随机类搜索方法和模拟进化类方法。

负荷建模的研究是一个既具有理论深度又直接面向实际应用的课题。由于负荷的大量性、分散性、时变性，而且与用户人群的行为密切联系的，所以负荷特性与所在地区的气候、资源、经济发展情况、生活水平、生活习惯等有关，这就造成了不同地区之间负荷模型及参数的差异。只有深入、持久地开展现场测量和应用研究，才能获得适合于该地区的负荷模型和参数。目前，各省地电网公司纷纷开展或者准备开展负荷建模项目，如东北、西北、河南、江苏、福建、湖南、海南、新疆、浙江、上海及南方电网等。

◎记者：电力负荷建模今后的发展趋势又将如何呢?

鞠教授：综上所述，国内外在电力负荷建模方面取得了不少重要的成果。但是，电力负荷建模是一个研究时间很长而始终没有解决的难题，今后还有很长一段路要走。展望电力负荷建模研究，有几点发展趋势。

(1)从节点负荷建模向广域负荷建模发展。从负荷建模的规模来看，以往有关负荷建模的研究基本上都是节点规模，即针对一个变电站(主要是220kV、110kV电压等级)供电的负荷区域，建立其负荷模型。随着电力系统规模的扩大，广域电力系统的负荷建模自然需要深入研究。

(2)从纯粹负荷建模向广义负荷建模发展。从负荷建模的内涵来看，以往的负荷建模都是指负荷区域中是纯粹的负荷。但在当前的部分系统中尤其是未来的电力系统中，负荷区域却可能包含有电源，比如地方电厂、分布电源、新能源等等。这种包含有电源、但依然以负荷为主的区域被称之为广义电力负荷，这里“负荷为主”意味着纯负荷明显大于电源、负荷区域总的功率主要还是由外部供给。一般来说，广义电力负荷是枢纽变电站供电下的一个区域。特殊情况下，也可以将经过西电东送工程形成全国联网以后东部电力系统的全部或者部分区域看作为“广义电力负荷”，这时的问题将非常复杂。广义电力负荷建模是对传统负荷建模的突破和拓展，需要大力开展相关内容的研究工作，包括模型结构、参数确定等。

(3)从小范围负荷建模向广谱负荷建模发展。目前的负荷模型及其参数只适用于小范围，一方面指电压(以及频率)在额定值附近的小范围波动，比如电压在0.7～1.2p.u.;另一方面指时间范围为暂态，一般为秒级。广谱负荷建模是指，电压(以及频率)大范围波动、时间范围是中长期动态过程下的负荷建模。

(4)从单个数据源向综合利用各种数据发展。从负荷建模的数据源来看，以往的负荷建模中，数据来源大都单一。目前，所有电网都有SCADA系统，大部分电网已经安装了故障信息系统，部分电网开始安装PMU/WAMS系统。所以，我建议充分地、综合地利用现有的各种数据，开展负荷建模工作。比如，利用SCADA中很容易获得的日负荷曲线，获得负荷构成特征数据，甚至进行负荷静态特性建模。再如，利用PMU数据或故障录波数据辨识动态特性参数，工作量小、投资也少。还有，利用WAMS数据，进行负荷模型的仿真校核。

◎记者：在中国，新能源发电事业近年来发展迅猛，大规模新能源发电系统的建模情况如何?

鞠教授：从环境保护和新能源利用的角度考虑，希望尽量扩大新能源发电的规模。然而，新能源具有随机性、不可控性和多样性，对电网的电能质量以及安全稳定构成了严重的威胁，同时也给电网的研究带来巨大的挑战。

以往电力系统建模基本上都是针对传统电源的。随着大规模新能源的接入，需要考虑其自身的模型及其与电网模型的连接。国内外对于新能源电厂的建模已经开展了一些研究，但以往有关的研究成果大都是以含单个新能源电厂的电网甚至是单个机组作为研究对象的，试图通过对单个新能源发电机组的建模来进行仿真计算。然而，实际电网中含有多个新能源电厂，各个新能源电厂通过电网相连，相互之间必然产生交互影响，进而影响整个电网的运行。随着越来越多的新能源电厂的接入，这种影响也会随之增加。而且，一个大规模新能源电厂中的发电机组可能多达数百个。因此，必须从整个电网着眼来研究含大规模新能源电厂及其接入电网之后的建模问题，既要满足精度要求，又不能够太复杂。

除此之外，核电厂虽然不属于新能源，但以往电力系统计算中对其模型研究的不多，也需要进一步加以研究和应用。

记者：我们知道，微网是一个新兴事物，它的建模研究进展如何呢?

鞠教授：微网是一个新兴事物，由大量分布式电源和负荷元件组成。为了研究微网独立运行和并网运行，需要了解微网内部元件的模型。如果要详细分析微电网内部的特性，需要对每个元件都加以描述。但是，微网中元件众多，如果要分析微电网接入电力系统之后的特性，要对每个元件都加以描述既不可能、也不必要。

我们开展微网建模的基本思路有如下几点。

(1)建模要注重总体性。对于微网接入电力系统的情况，人们所需要的只是从电力系统侧向微电网侧看进去的总体特性，并不关注微电网内部元件个体的特性。所以，我们可以借鉴电力负荷总体建模的思路。当然，微网建模与负荷建模既有相似之处，也有不同之处。

(2)模型要有机理性。因为电力系统是一个物理系统，具有机理背景的模型便于理解和应用。我们将微网分为等效静态部分与等效电机部分，相并联后接在母线上，然后通过PCC点直接接入大电网。

(3)模型要有适应性。微网中元件千差万别，如果按照传统思路，分别建模则很难处理。所以，我们提出采用通用电机模型来描述微网中所有电机，该模型具体广泛的适应性。

(4)模型要考虑随机性。微网中的电源具有比较强烈的随机性，比如风电、太阳能发电等。微网中的负荷同样具有随机性，由于规模和范围较小，其随机性要大于大规模和大范围地区的随机性。

记者：国内外关于电力系统建模方面有哪些导则可供研究者参考呢?

鞠教授：我国先后制定了电力系统模型有关的导则。1981年和2001年颁布了《电力系统安全稳定导则》，2006年颁布了《电力系统稳定器整定试验导则》，2006年颁布了《同步发电机励磁系统建模导则》，即将颁布《同步发电机原动机及其调节系统参数实测与建模导则》。

IEEE先后制定了电力系统模型有关的导则(Guide)。1991年和2003年颁布了同步发电机建模方面的导则，1992年颁布了励磁系统建模方面的导则，此外还颁布了一系列有关试验方面的导则等。

综上所述，四大参数中，励磁系统建模国内外已经有了导则，原动机及其调节系统国内即将出台导则，同步发电机建模国外已经有导则但国内还没有，电力负荷建模国内外均没有导则。

目前，我国各省地电网纷纷展开电力系统建模工作，但采用的模型和方法五花八门，急需进行规范和引导。因此，国家电网公司已经立项，由河海大学与中国电力科学研究院合作，正在结合我国电网实际研究制定《同步发电机建模导则》和《电力系统负荷建模导则》。

记者：您是我国电力系统建模方面的专家，我们得知，您撰写的《电力系统建模理论与应用》一书即将出版，能否先向我们的读者简单介绍一下这本书呢?

鞠教授：《电力系统建模理论与应用》一书已经完稿，今年即将由科学出版社出版。该书内容涵盖了电力系统建模的各个主要方面，首先介绍电力系统建模的理论基础和技术基础，然后重点介绍在学术上、应用上都十分重要的同步电机建模、电力系统动态等值建模以及电力负荷建模，最后介绍电力系统建模的其他方面，包括电力系统比较成熟的建模方面(比如输电线路、励磁系统建模、调速系统建模)和电力系统比较新颖的建模方面(比如风力发电建模、动力系统建模、微网建模)。对于每个建模问题，都是先介绍模型结构，再介绍建模方法，最后介绍工程应用。

记者：感谢鞠教授百忙之中接受我们的采访。